极光形成的深层次原因极光的形成原因是什么 _小知识

如果我们身处北纬或者南纬足够高的地方，在晴朗的夜晚，在天空中就会有很大的几率看到一种“灯光秀”－极光。众所周知，极光是由“太阳风”吹过来的高能粒子，在地球磁场的引导和作用下，与大气分子发生碰撞所形成的五颜六色光芒。极光的产生，太阳粒子、磁场和大气层三者缺一不可。但是，当太阳带电粒子撞击地球高层大气的磁场时，为什么会产生极光，其间到底发生了什么？这个问题，一直困扰着科学家们。

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阿尔文波近100多年来，随着科学家们对宇宙天体观测和研究的不断深入，逐渐意识到宇宙中的大部分天体特别是恒星，都属于带磁性的高电导率的等离子体，而且宇宙空间中也充满着这些导电的气体。20世纪初，瑞典物理学家阿尔文，在研究高电导率的电流体过程中，发现了“磁冻结”现象，即磁力线与导电流体一起运行，使得导电流体好像黏附在磁力线上一样。

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而导电流体在处于磁场“冻结”的情况下，如果垂直于磁场方向，流体受到一个外部的力量干扰，那么导电流体就会发生波动，所形成的波后来被人们称为“阿尔文波” ，其传播速度被定义为“阿尔文速度” 。这个发现，可以用来解释太阳黑子的形成原因、恒星磁场以及地球磁场某方面的观测特征。

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阿尔文波与其它波具有相似的特征，即波的振动方向与传播方向相垂直。如果我们将磁场想象为一连串的线，那么当我们拉伸这些线时，磁力线就会具有弹回原状的趋势，这种弹回效应引起的振动，其实就是阿尔文波。
阿尔文波对极光的“贡献”当来自太阳的“风暴”从太阳表面发出时，巨大的能量将无数高能带电粒子吹向四面八方。其中有一部分径直向地球奔来。当这些高能粒子接触到地球高空上面的磁场时，在电磁效应的作用下，会引发地球磁力线呈现出各种各样的弯曲。

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按照阿尔文波产生的条件，地球磁力线发生弯曲时，就会产生出具备一定传播速度的阿尔文波。其中，被引导至地球两极的太阳高能粒子，在两极大气层上部所形成的阿尔文波最为密集，同时也最为混乱。
在两极上空形成的阿尔文波，就像滑雪者从雪山上冲下来一样，将大气层上部大气分子中的电子进行了加速，这些电子随后又与空气中的氮原子、氧原子相撞击，在此过程中释放出新的能量，从而形成让我们眼花缭乱的极光。

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【极光形成的深层次原因极光的形成原因是什么】

再现地球磁场阿尔文波的难度如果想从深层次来解释地球磁场形成阿尔文波的机理，显然通过高空的航天器很难做到，唯一的途径就是人为制造出等离子体与磁场之间的“橡皮筋”效应。于是，美国芝加哥惠顿学院的研究团队，采用了在磁化等离子体中通过产生扰动的方式，来产生阿尔文波，参与实验的设备为该校的大型等离子体装置。

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这个大型等离子体装置，是一个直径40多厘米、长度10米左右、笼罩在磁场线圈中的设备。在实验时，操作人员在装置内部填充特定的气体物质，并向里面发射高强度的电子束，快速制造出被磁化的等离子体，然后对比扰动之下电子的实际运行速度与原先电子的运行速度差异。

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这个实验看上去非常简单，但是由于实验的难度相当大，原本研究团队计划用3年时间达到研究目标，结果足足花了20多年，才取得实质性的成果。

极光形成的深层次原因 极光的形成原因是什么

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